[发明专利]动磁式初级不连续分段直线电机推力波动优化设计方法

说明书

动磁式初级不连续分段直线电机推力波动优化设计方法，涉及直线电机的电磁及机械结构设计制造领域，为了解决在不连续分段直线电机的段间过渡阶段，会产生极大的推力波动，从而降低了控制系统的精度与可靠性的问题。本发明通过对次级铁轭有效长度进行优化、对初级铁轭的安装间隔进行优化、对永磁体安装间隔进行优化以及对初级绕组的安装间隔进行优化，使得次级铁轭两端的端部效应相等；通过对永磁体的结构进行优化以及对初级铁轭的形状进行优化，用于抑制磁场畸变。有益效果为提高了控制系统的精度与可靠性。

技术领域

本发明涉及直线电机的电磁及机械结构设计制造领域。

背景技术

不连续分段直线电机其初级是由多个在电气上不连续的独立定子段构成，不连续分段直线电机由于其定子绕组不连续，在相同的运动行程中使用的初级绕组数目少，降低电机整体的制造成本，可以在长行程直线传输领域广泛应用；但同时，由于绕组的分段结构，关键电磁参数在段间过度时产生剧烈影响，使之随动子位置变化而改变，尤其体现在推力波动，在段间过渡阶段，产生极大的推力波动，这将降低无传感器驱动控制系统精度与可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决在不连续分段直线电机的段间过渡阶段，会产生极大的推力波动，从而降低了控制系统的精度与可靠性的问题，提出了动磁式初级不连续分段直线电机推力波动优化设计方法。

本发明所述的动磁式初级不连续分段直线电机推力波动优化设计方法，该推力波动优化设计方法是针对动磁式初级不连续分段直线电机拓扑结构进行的优化；

动磁式初级不连续分段直线电机的拓扑结构包括多个定子和动子；所述多个定子等间距的排布，所述动子竖直设置在多个定子的正上方，并沿着多个定子排布的方向上运动；

所述多个定子的结构相同，定子包括初级铁轭和多个初级绕组；多个初级绕组构成初级绕组单元设置在初级铁轭的正上方；

所述动子包括次级铁轭和多个永磁体；多个永磁体等间距的设置在次级铁轭的正下方；

该推力波动优化设计方法包括以下方面：

对次级铁轭有效长度进行优化、对初级铁轭的安装间隔进行优化、对永磁体安装间隔进行优化以及对初级绕组的安装间隔进行优化，使得次级铁轭两端的端部效应相等；

对永磁体的结构进行优化以及对初级铁轭的形状进行优化，用于抑制磁场畸变。

本发明的有益效果是：通过对次级铁轭有效长度进行优化、对初级铁轭的安装间隔进行优化、对永磁体安装间隔进行优化以及对初级绕组的安装间隔进行优化，使得次级铁轭两端的端部效应相等，即利用两个相邻的初级绕组的进出端的端部效应的反向叠加，从而削减电机整体的推力波动，进而提高了控制系统的精度与可靠性；通过对永磁体的结构进行优化以及对初级铁轭的形状进行优化，削弱了由于初级铁轭长度有限而造成的磁场畸变，从而达到削弱段间过渡的推力波动，进而提高了控制系统的精度与可靠性；电机的推力波动率从未采用本发明所述的优化设计方法的13.67％降到了4.75％，极大的改善了电机的动态性能。

附图说明

图1为具体实施方式一中初级铁轭正上方设有一个初级绕组单元，并未对永磁体的结构以及对初级铁轭的形状进行优化的不连续分段式直线电机的第一种拓扑结构；

图2为具体实施方式一中初级铁轭正上方设有一个初级绕组单元，并未对永磁体的结构以及对初级铁轭的形状进行优化的不连续分段式直线电机的第二种拓扑结构；

图3为具体实施方式一中电机的推力波动率的有限元仿真结果对比图；

图4为具体实施方式六中初级铁轭正上方设有两个初级绕组单元，并未对永磁体的结构以及对初级铁轭的形状进行优化的不连续分段式直线电机的第一种拓扑结构；